高并发第十三弹:J.U.C 队列 SynchronousQueue.ArrayBlockingQueue.LinkedBlockingQueue.LinkedTransferQueue

因为下一节会说线程池,要用线程池 那么线程池有个很重要的参数 就是Queue的选择

常用的队列其实就两种:

　　先进先出（FIFO）：先插入的队列的元素也最先出队列，类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。
　　后进先出（LIFO）：后插入队列的元素最先出队列，这种队列优先处理最近发生的事件。

常用queue的分类:

　　ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。 

　　LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。 

　　PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。 

　　LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

　　LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。 

　　SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。 

　　DealyQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。 

这几个queue都是

extends AbstractQueue<E>
    implements BlockingQueue<E> {

AbstractQueue<E>:优先队列

AbstractQueue是 Java Collections Framework 的成员，是一个基于优先级堆的极大优先级队列。此队列按照在构造时所指定的顺序对元素排序，既可以根据元素的自然顺序来指定排序，也可以根据 Comparator 来指定，这取决于使用哪种构造方法。优先级队列不允许 null 元素。依靠自然排序的优先级队列还不允许插入不可比较的对象。

AbstractQueue的add，remove，element方法分别基于offer，poll，peek的实现，但是当队列为null时，抛出异常，而不是返回false或null。offer，poll，peek，并没有实现待子类扩展。清空，循环poll，直到为空。addAll为循环遍历集合元素，add到队列； 

总结:记住这是一个优先队列即可

BlockingQueue:阻塞队列

                                            

主要应用场景：生产者消费者模型，是线程安全的 

 　　多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和“消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程，另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程，利用队列的方式来传递数据，就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内，万一发生数据处理速度不匹配的情况呢？理想情况下，如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度，并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候，那么生产者必须暂停等待一下（阻塞生产者线程），以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕，反之亦然。然而，在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须去自己控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时，强大的concurrent包横空出世了，而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。（在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤醒）

下面两幅图演示了BlockingQueue的两个常见阻塞场景：
　　　　　　　如上图所示：当队列中没有数据的情况下，消费者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到有数据放入队列。


　　　如上图所示：当队列中填满数据的情况下，生产者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到队列中有空的位置，线程被自动唤醒。
     这也是我们在多线程环境下，为什么需要BlockingQueue的原因。作为BlockingQueue的使用者，我们再也不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了。既然BlockingQueue如此神通广大让我们一起来见识下它的常用方法：
BlockingQueue的核心方法：
放入数据：
　　offer(anObject):表示如果可能的话,将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,
　　　　则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当前执行方法的线程）
　　offer(E o, long timeout, TimeUnit unit),可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中
　　　　加入BlockingQueue，则返回失败。
　　put(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断
　　　　直到BlockingQueue里面有空间再继续.
获取数据：
　　poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,
　　　　取不到时返回null;
　　poll(long timeout, TimeUnit unit)：从BlockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，
　　　　队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。
　　take():取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到
　　　　BlockingQueue有新的数据被加入; 
　　drainTo():一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数）， 
　　　　通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加锁或释放锁。

BlockingQueue提供了四套方法，分别来进行插入、移除、检查。每套方法在不能立刻执行时都有不同的反应。 

  • Throws Exceptions ：如果不能立即执行就抛出异常。
  • Special Value：如果不能立即执行就返回一个特殊的值。
  • Blocks：如果不能立即执行就阻塞
  • Times Out：如果不能立即执行就阻塞一段时间，如果过了设定时间还没有被执行，则返回一个值

所以我们先来介绍以下具体子类

ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列初始化时指定容量大小，一旦指定大小就不能再变.

基本结构

顾名思义 这是一个底层由数组来保存数据的

    /** The queued items */
    final Object[] items;

同时使用ReentrantLock 来确保并发安全的  

 /** Main lock guarding all access */
    final ReentrantLock lock;

构造方法

 public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
        this(capacity, false);
    }


public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.items = new Object[capacity];
        lock = new ReentrantLock(fair);
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    }

构造方法实际是通Lock 来确定公平性的

ArrayBlockingQueue详解具体方法

2. LinkedBlockingQueue 一个由链表结构组成的有界阻塞队列。

实现了一个内部类

    /**
     * Linked list node class
     */
    static class Node<E> {
        E item;

        /**
         * One of:
         * - the real successor Node
         * - this Node, meaning the successor is head.next
         * - null, meaning there is no successor (this is the last node)
         */
        Node<E> next;

        Node(E x) { item = x; }
    }

构造方法

public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }

 public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        last = head = new Node<E>(null);
    }

大小配置可选，如果初始化时指定了大小，那么它就是有边界的。不指定就无边界（最大整型值）。内部实现是链表，采用FIFO形式保存数据。

详细方法深入理解LinkedBlockingQueue

 

3.LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

LinkedBlockingDeque是双向链表实现的双向并发阻塞队列。该阻塞队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式，即可以从队列的头和尾同时操作(插入/删除)；并且，该阻塞队列是支持线程安全。

此外，LinkedBlockingDeque还是可选容量的(防止过度膨胀)，即可以指定队列的容量。如果不指定，默认容量大小等于Integer.MAX_VALUE。

其实就多了一个可头可尾的操作 

4. PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。 

支持优先级排序,那么肯定需要排序的 所以 须是实现Comparable接口，队列通过这个接口的compare方法确定对象的priority。当前和其他对象比较，如果compare方法返回负数，那么在队列里面的优先级就比较高.优先级中传入的实体对象

   比较规则：当前对象和其他对象做比较，当前优先级大就返回-1，优先级小就返回1

构造方法

add方法

   public boolean offer(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        int n, cap;
        Object[] array;
        while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
            tryGrow(array, cap);
        try {
            Comparator<? super E> cmp = comparator;
            if (cmp == null)
                siftUpComparable(n, e, array);
            else
                siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
            size = n + 1;
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return true;
    }

比较有趣也就是扩容方法了

 /**
     * Tries to grow array to accommodate at least one more element
     * (but normally expand by about 50%), giving up (allowing retry)
     * on contention (which we expect to be rare). Call only while
     * holding lock.
     *
     * @param array the heap array
     * @param oldCap the length of the array
     */
    private void tryGrow(Object[] array, int oldCap) {
        lock.unlock(); // must release and then re-acquire main lock
        Object[] newArray = null;
        if (allocationSpinLock == 0 &&
            UNSAFE.compareAndSwapInt(this, allocationSpinLockOffset,
                                     0, 1)) {
            try {
                int newCap = oldCap + ((oldCap < 64) ?
                                       (oldCap + 2) : // grow faster if small
                                       (oldCap >> 1));
                if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {    // possible overflow
                    int minCap = oldCap + 1;
                    if (minCap < 0 || minCap > MAX_ARRAY_SIZE)
                        throw new OutOfMemoryError();
                    newCap = MAX_ARRAY_SIZE;
                }
                if (newCap > oldCap && queue == array)
                    newArray = new Object[newCap];
            } finally {
                allocationSpinLock = 0;
            }
        }
        if (newArray == null) // back off if another thread is allocating
            Thread.yield();
        lock.lock();
        if (newArray != null && queue == array) {
            queue = newArray;
            System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, oldCap);
        }
    }

其先放开了锁，然后通过CAS设置allocationSpinLock来判断哪个线程获得了扩容权限，如果没抢到权限就会让出CPU使用权。最后还是要锁住开始真正的扩容。扩容权限争取到了就是计算大小，分配数组。暂不肯定为什么这么麻烦要分配数组的时候释放锁，暂猜测这样做效率会更高。

测试类

public class ObjectBean implements Comparable<ObjectBean> {

    private String name;

    private Integer age;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ObjectBean [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }

    @Override
    public int compareTo(ObjectBean o) {
        return this.age.compareTo(o.getAge());
    }

本人能力有限 这节写的虎头蛇尾.如果以后把数据结构学习一下再回来重写吧

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原文地址：https://www.cnblogs.com/aihuxi/p/9704055.html